DE69738627T2

DE69738627T2 - Gasdetektor

Info

Publication number: DE69738627T2
Application number: DE69738627T
Authority: DE
Inventors: Hans Göran Evald Martin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: JP3990733B2; AU719720B2; CN1107862C; SE9603109D0; CA2262740C; US6194735B1; EP0963547B1; EP0963547A1; DE69738627D1; JP2000517055A; AU3874197A; SE506942C2; CN1228839A; ATE391905T1; CA2262740A1; SE9603109L; WO1998009152A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasdetektor und insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen Gasdetektor, mit dem sich die Inhaltsstoffe einer Gasprobe in einer Gaszelle oder -kammer bestimmen bzw. analysieren lassen. Die Gaszelle hat die Form eines Blocks und die Kammerwände oder Teile derselben sind stark reflektierend ausgebildet (Spiegelflächen), wobei die Kammer eine Öffnung od. dergl. Einrichtung enthält, die einfallende Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel formt, das die Kammer (den Hohlraum) vorbestimmt oft durchlaufen muss, um mit Hilfe von mindestens drei gegenüberliegenden konkaven reflektierenden Wandteilen einen optischen Analysepfad aufzuspannen, bevor die Lichtstrahlen von gegenüber liegenden Wandteilen in einer solchen Richtung reflektiert werden, dass sie eine Öffnung od. dergl. Einrichtung für austretende Lichtbündel durchlaufen.
Die Bezeichnung "Öffnung(-en) od. dergl. Einrichtung(-en)" bedeutet einerseits, dass die Kammer und die Spiegelflächen mindestens ein Loch zur Aufnahme einfallenden Lichts sowie mindestens ein Loch enthalten, durch das Licht austritt, wobei andererseits das Licht auf einer Seite einer Spiegelfläche austritt und auf einer Seite einfällt; in dieser Anwendung der Erfindung sind die Spiegelflächen durchgehend einteilig. Es liegt nichts vor, um Licht am Einfallen auf einer Seite einer Spiegelfläche und durch ein oder mehr Löcher austreten zu lassen und umgekehrt.
Zusätzlich zu den genannten drei gegenüber liegenden konkaven, Licht reflektierenden Wandteilen kann die Kammer (der Hohlraum) auch von weiteren, einander gegenüber liegenden, Licht reflektierenden Wandteilen umgrenzt sein. Da die Lichtreflektion an diesen weiteren Wandteilen jedoch nicht zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung beträgt, sind sie in der vorliegenden Anmeldung nicht beschrieben.
Eine Gaszelle der genannten Art wird in eine zu analysierende Gasströmung eingefügt und weist Ein- und/oder Auslassöffnungen vorzugsweise in Form von Rohr- bzw. Schlauchanschlüssen auf, obgleich die Prinzipien der Erfindung auch anwendbar sind, wenn man das zu analysierende Gas in die bzw. aus der Kammer heraus diffundieren lässt.
An die Gaszelle ist eine Quelle von Licht eines zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des bzw. der zu analysierenden Gase geeigneten Frequenzbereichs – vorzugsweise eine Infrarotquelle – angeschlossen. Eine Öffnung od. dergl. Einrichtung in Wandteilen der Zelle ist für den Durchgang von austretenden reflektierten Lichtstrahlen mit einem frequenzselektiven Filter, einer Spektralanalyseanordnung oder dergl. Vorrichtung zum Analysieren der Frequenzabhängigkeit der Lichtstärke versehen, um so die Inhaltsstoffe des in Frage stehenden Gases bzw. deren Konzentration zu bestimmen.
STAND DER TECHNIK
Hinsichtlich früherer Techniken im vorliegenden Zusammenhang wird auf den Gegenstand der internationalen Patentveröffentlichung aus der SE-Patentanmeldung Nr. 95 04020-04 verwiesen.
Zu den Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ist auch die EU-Anmeldung 0 647 845 relevant, die einen Gassensor zeigt und beschreibt, in dem eine Gaszelle eine kreisrunde konkave Spiegelfläche aufweist, die gegenüber einer konzentrisch gerichteten kreisrunden konvexen Spiegelfläche angeordnet ist, wobei die Lichtquelle leicht seitlich der sich deckenden Mittelpunkte der Spiegelflächen liegt.
Ein Spalt in der konvexen Spiegelfläche bewirkt ein radial leicht auswärts gerichtetes Lichtbündel mit divergenten Lichtstrahlen, die abwechselnd in konkaven und konvexen Spiegelbereichen reflektiert werden und danach durch einen Spalt in der äußeren konkaven Spiegelfläche austreten können, nachdem sie eine vorbestimmte Anzahl von Reflektionen erfahren und so einen vorbestimmten optischen Lichtanalysepfad vorbestimmter Länge durchlaufen haben.
Die 6 dieser Vorveröffentlichung zeigt eine Anordnung, bei der mittels separater Lichtstrahl-Austrittsspalte und einer für beide Analysepfade gemeinsamen Licht-Einfallsöffnung einer von zwei verschiedenen optischen Analysepfade in der Gaszelle auswählbar ist.
Es lässt sich annehmen, dass der beschriebene Gassensor so aufgebaut ist, dass seine Lichtaufnahmeeinrichtung Lichtstrahlen erfasst, die zu einem Lichtbündel geformt, in einem konvexen Spiegelbereich in der Gaszelle reflektiert und dadurch zu einem divergierenden Lichtbündel umgeformt werden.
Ebenfalls Stand der Technik ist die Anordnung von drei teilsphärischen und einander gegenüber liegenden konkaven Spiegelflächen, die als "weiße Spiegel" bezeichnet sind. Diese Spiegel sind normalerweise verhältnismäßig weit voneinander entfernt angeordnet; bei der eingesetzten Lichtquelle handelt es sich normalerweise um einen Laser.
Ein Lichtbündel aus mehr oder weniger parallelen Lichtstrahlen wird mehrmals zwischen drei gegenüber liegenden, sphärisch konkaven Spiegelflächen reflektiert. Dabei lässt man das zuletzt reflektierte Lichtbündel an einer Spiegelfläche vorbei (über die Spiegelkante) fallen, fangt die Lichtstrahlen mit einer Spektralanalysevorrichtung auf und wertet sie auf übliche Weise aus.
Ebenfalls Stand der Technik ist die US-A-5 009 493 . Sie beschreibt eine Anordnung für einen Strahlpfad in einer mehrfach reflektierenden Zelle zum Messen der Lichtabsorption in einem Messgas. In der Messanordnung wird über einen Einfalls-, einen Feld- und einen Austrittsspiegel eine Einfalls- auf eine Austrittsöffnung abgebildet.
Diese Anordnung soll dahingehend verbessert werden, dass der Astigmatismus des Bildfehlers erheblich verringert wird. Hierzu definieren die Öffnungsspiegel angenähert ein Ellipsoid, dessen Brennpunktabstand etwa gleich dem halben Abstand zwischen der Ein- und der Ausfallsöffnung ist.
Frühere bekannte Techniken sind auch in den folgenden Druckschriften offenbart:
Die US-A-3 946 239 offenbart ein System mit einer ellipsoiden Durchflusskammer mit Licht reflektierenden Wandflächen für die Schwachlichtdetektion bei der Zellanalyse. Dieses erhöht gegenüber bekannten Systemen den Rauschabstand um den Faktor 10.
Im Betrieb durchläuft Laserlicht den Primärfokus des Ellipsoids. Gleichzeitig durchläuft eine kontrollierte Zellströmung den Primärfokus des Ellipsoids, so dass das Laserlicht auf die Zellen fällt und von ihnen moduliert wird. Die reflektierenden Wandflächen des Ellipsoids reflektieren das von den Zellen modulierte Licht auf den Sekundärfokus des Ellipsoids.
Ein verjüngter Lichtwellenleiter am Sekundärfokus nimmt einen wesentlichen Anteil des modulierten reflektierten Lichts auf und richtet es auf einen Lichtdetektor, um ein Signal zu erzeugen. Das Signal wird zur Intensitätsverteilung des modulierten Lichts und somit zu den gesuchten Eigenschaften der Zellen verarbeitet.
Die US-A-4 657 397 offenbart eine Vorrichtung zum Sammeln der Strahlung einer Lichtquelle (20) in einem konkaven Spiegel aus einem zylindrischen oder rotationssymmetrischen Parabol- oder Ellipsoid-Reflektor (10'), den ein gekrümmter oder planer Rückstrahler (40) abdeckt, der eine Öffnung (42) enthält.
Der Rückstrahler (40) wirft einen Teil des Lichts in die Nähe der Quelle (20) zurück und bewirkt in Folge der Teiltransparenz dieses Bereichs, dass sich ein kräftiger, quasiparalleler Lichtstrahl durch die Öffnung (42) auskoppeln lässt.
Nach dem Durchlaufen eines Monochromator-Elements (31) kann dieses Licht bspw. einer Gasmesszelle (68) zugeführt werden.
Der optische Wirkungsgrad der Vorrichtung lässt sich mit einem konkaven Spiegel (57) erhöhen, dessen Gestalt die des Reflektors (10', 10'') ergänzt.
Das Messsignal lässt sich mittels eines Lichtdetektors oder einer Mikrofons (69) bestimmen.
Die oben erwähnte US-A-5 009 493 gilt als nächstliegender Stand der Technik und ist gerichtet auf eine Spiegelanordnung für einen Strahlpfad in einer mehrfach reflektierenden Zelle zum Messen der Lichtabsorption in einem Messgas.
In der Messanordnung wird über einen Eingangsöffnungs-, einen Feld- und einen Ausgangsöffnungsspiegel eine Ein- auf eine Auslassöffnung abgebildet.
Diese Anordnung ist dahingehend verbessert, dass der Astigmatismus des Abbildungsfehlers erheblich verringert wird.
Hierzu ist die Gestalt der Öffnungsspiegel angenähert durch ein Ellipsoid definiert, dessen Brennpunktabstand etwa gleich dem halben Abstand zwischen der Ein- und der Auslassöffnung ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Berücksichtigt man, dass die technischen Betrachtungen des Durchschnittsfachmanns zum Auffinden einer Lösung eines oder mehrerer der technischen Probleme der Gas- bzw. Gasgemischanalyse einerseits die Realisierung der durchzuführenden Messungen und/oder Messfolgen und andererseits die Auswahl der Einrichtungen der zum Durchführen dieser Maßnahmen erforderlichen Einrichtungen betreffen, ergeben sich als relevant die folgenden, in die Entwicklung der vorliegenden Erfindung eingehenden Probleme.
Prüft man den genannten Stand der Technik, ergibt sich, dass ein solches technisches Problem im Bereitstellen einer Gaszelle liegt, die einen Gasein- und/oder -auslass od. dergl. Einrichtung aufweist und bei Anwendung einer Lichtquelle ein Lichtbündel in den Gassensor oder die Gaszelle schickt, wobei die Lichtstrahlen wiederholt zwischen einander gegenüber liegenden konkaven Wandteilen reflektiert werden, die entweder die gesamte Zelle oder einen Teil derselben bilden, und eine vorbestimmte Anzahl von Reflektionen erfahren, so dass in der Gaszelle ein optischer Analysepfad vorbestimmter Länge aufgespannt wird, und dies mit Hilfe einer Gaszelle verhältnismäßig kleiner Außenabmessungen und unter Anwendung der auf "weiße Spiegel" anwendbaren Prinzipien, bei der die einander gegenüber liegenden Spiegelflächen erfindungsgemäß ellipsoidförmig gestaltet sind.
Ein Problem liegt dabei in der Schaffung – unter Anwendung einfacher Maßnahmen – von Bedingungen hinsichtlich der Spiegelgestalt der konkaven Wandteile, die es ermöglichen, die von einer Lichtquelle ausgeschickten Lichtstrahlen auf eine Auslassöffnung od. dergl. Einrichtung konvergierend zu fokussieren, auch wenn das Lichtbündel anfänglich beim Eintritt in die Kammer ausgeprägt divergiert.
Ein weiteres technisches Problem ist, die mit einer gewölbten bzw. kuppelförmigen Gestalt der drei gegenüber liegenden Spiegelflächen erreichbaren Vorteile mit einer Kuppel zu erreichen, die kleiner ist als ein halber Vollellipsoid, wobei die Teilungsebene der Kuppel parallel zu einer gewählten Rotationsachse einer Ellipse liegt.
Es wird sich herausstellen, dass ein technisches Problem das einer Realisierung der Vorteile ist, die man erreicht, wenn die Teilungsebene des kuppelförmigen Teils parallel zur Hauptachse der Ellipse verläuft.
Ein weiteres technisches Problem liegt in der Realisierung der Bedingungen, die erfüllt sein müssen, wenn man zwei fast identische ellipsoidförmige Teile verwendet, diese mit einander zugewandten konkaven Spiegelflächen anordnet und so zwischen den Spiegelflächen in der Gaszelle die erforderliche Kammer ausbildet.
Ein qualifizierteres technisches Problem ist eines der Realisierung der Vorteile, die erreichbar sind, wenn man einen dieser ellipsoidförmigen Teile zu zwei weiteren Teilen unterteilt der hierzu zu erfüllenden Bedingungen sowie des nachfolgenden Bewegens der Teile zueinander hin oder voneinander weg, um drei gegenüber liegende Spiegelflächen mit einem reflektierenden wandernden Lichtbündel und wandernden Brennpunkten in der Kammer auszubilden.
Wie ebenfalls zu ersehen sein wird, liegt ein technisches Problem in der Schaffung – unter Anwendung einfacher Mittel – von Bedingungen, unter denen mit Hilfe einer einzelnen Lichtquelle, deren Lichtstrahl sich aus divergierenden Strahlen zusammensetzt, und mit Hilfe von zwei oder mehr Lichtaustrittsöffnungen od. dergl. Einrichtungen in der Gaszelle jeweils mit einer Spektralanalyseeinrichtung od. dergl. ein Gassensor in die Lage versetzt wird, die Inhaltsstoffe einer Vielzahl von Gasen bzw. von Gasgemischen und/oder die Konzentrationen der Gasbestandteile gleichzeitig in einer Gaszelle und einer Kammer ein und desselben Aufbaus zu bestimmen.
Wie ebenfalls zu ersehen sein wird, liegt ein technisches Problem in der Schaffung eines Gassensors verhältnismäßig geringer Außenabmessungen, mit dem die Konzentration eines Gases bzw. eines Gasgemisches innerhalb eines breiten Analysebereichs bestimmbar ist.
In dieser Hinsicht liegt ein weiteres technisches Problem im Schaffen von Bedingungen in ein und derselben Gaszelle und in ein und derselben Kammer, die einen gewünschten breiten Analysebereich erzeugen, wobei man diesen Analysebereich so unterteilt, dass er sich durch unterschiedlich lange optische Analysepfade darstellen lässt und so die problemlose Benutzung unterschiedlicher optischer Analysepfade bzw. -strecken in ein und derselben Kammer in einer Gaszelle ermöglicht.
Wie ebenfalls zu ersehen, liegt ein technisches Problem im Bereitstellen von Bedingungen, mit denen sich in der Kammer bzw. der Gaszelle zwei oder mehr Lichtaustrittsöffnungen od. dergl. Einrichtungen schaffen lassen, und in der Einsicht in die Bedeutung, die die Anordnung einer solchen Öffnung hat derart, dass sie eine vorbestimmte Anzahl von Lichtreflektionen und damit – ausgehend von der Lichtquelle – einen vorbestimmten optischen Analysepfad darstellt.
Enthält eine Gaszelle mehrere Lichtaustrittsöffnungen, liegt ein technisches Problem in der Einsicht in die Bedeutung, die es hat, wenn man eine Öffnung einen optischen Analysepfad darstellen lässt, der von dem aller anderen Öffnungen abweicht, und in die hierfür zu erfüllenden Bedingungen.
Ein weiteres technisches Problem ist das des Bereitstellens eines Innenaufbaus hinsichtlich der gegenüber liegenden konkaven Spiegelflächen, die es ermöglichen, die Spiegelflächen problemlos zu koordinieren und damit einen vorbestimmten optischen Analysepfad zwischen dem Lichtsender und einem Öffnungsspalt od. dergl. in einem konkaven großen Spiegelbereich zu schaffen.
Ein anderes technisches Problem ist eines des Bereitstellens eines Innenaufbaus hinsichtlich der gegenüber liegenden konkaven Spiegelflächen, die es ermöglichen, die Spiegelflächen problemlos zu koordinieren, um ausgehend von ein und dem gleichen Lichtsender zwei separate, gleich oder ungleich lange optische Analysepfade zwischen dem Lichtsender und den Öffnungsspalten in zugehörigen Spiegelbereichen od. dergl. zu schaffen.
Ein anderes technisches Problem liegt in der Einsicht in die Bedeutung des Vorsehen von einer oder mehreren Öffnungen oder dergl. Einrichtungen und des Ausrüstens jeder oder mehrerer dieser Öffnungen mit einem wellenlängenselektiven Filter wie bspw. einem Interferenzfilter und/oder einer Spektralanalyseeinrichtung.
Ein anderes technisches Problem liegt im Bereitstellen einer Gaszelle, bei der jeder der einander gegenüber liegenden konkaven und Licht reflektierenden Wandteile einen Teil – d. h. weniger als die Hälfte – eines Ellipsoids darstellt und ein erster der Wandteile eine Länge hat, in Folge der er sich den zwei koordinierten Teilen eines zweiten Wandteils gegenüber anordnen lässt.
Ein anderes technisches Problem ist eines der Einsicht in die Bedeutung des Ausgehens von zwei identischen, einander gegenüber liegenden ellipsoidalen Teilen und dass das Kürzen des zweiten Teiles, eines vorbestimmten Abschnitts im mittleren Bereich und ein Zusammenbringen dieser (sowie alternativ eine Unterteilung des zweiten Teils und einer Trennung der sich ergebenden Teile) einen entsprechend langen optischen Analysepfad erbringt, wobei die Möglichkeit eines längeren Analysepfads mit einem kleineren gekürzten Abschnitt und/oder einer kleineren Trennung und Verschiebung der Teile und umgekehrt verbleibt.
Ein anderes technisches Problem liegt in der Einsicht in die Bedeutung (und die damit erbrachten Vorteile) eines Anordnen der Lichtquelle und/oder der Lichtstrahl-Einlassöffnung mittig in einem ersten Wandteil und der Lichtstrahl-Auslassöffnungen od. dergl. seitlich innerhalb des ersten Wandteils.
Ein technisches Problem liegt auch in der Einsicht in die Bedeutung eines Anpassens der Lichtquelle an einen Strahlungswinkel, der zwei einander gegenüber liegende zweite Wandteile erfasst, so dass die beiden zweiten Wandteile jeweils eines der beiden koordinierten Lichtstrahlbündel reflektieren können und diese Bündel zwischen einem gegenüberliegenden und einem gemeinsamen Wandteil reflektiert werden.
Ein anderes technisches Problem liegt auch in der Einsicht in die Bedeutung der Führung eines ersten und eines zweiten Lichtstrahlbündels derart, dass sie durch eine erste bzw. zweite Öffnung austreten, wobei die Öffnungen gleich oder ungleich weit von der Lichtquelle entfernt liegen.
Ein anderes technisches Problem liegt in der Einsicht in die Bedeutung des erst konvergierenden und danach divergierenden Reflektierens der divergierenden Lichtstrahlen aus der Lichtquelle, und so weiter, wobei die Strahlen der letzten Reflektion in einem Teil eines ellipoidalen Wandteils konvergent erfolgt und dabei die Lichtquelle in die Lichtstrahl-Austrittsöffnung(-en) od. dergl. Einrichtungen im ersten, Licht reflektierenden Wandteil abbildet.
Wie ebenfalls ersichtlich, liegt ein technisches Problem in der Einsicht in die Bedeutung (und die so erreichbaren Vorteile) einer Fähigkeit, ein oder mehr Lichtquellen seitlich aus einer Mittelebene heraus zu versetzen derart, dass jeder abwechselnde Reflektionspunkt im ersten, Licht reflektierenden Wandteil auf einer entsprechenden Seite der Mittelebene liegt, so dass Lichtaustrittsöffnungen od. dergl. Einrichtungen sich seitlich von der Mittelebene anordnen lassen.
LÖSUNG
In der Absicht, eines oder mehrere der vorgenannten technischen Probleme zu lösen, schlägt – ausgehend von einem Gasdetektor der eingangs angegebenen Art – die vorliegende Erfindung insbesondere vor, eine Kammer oder Gaszelle so zu gestalten, dass ein erster, Licht reflektierender Wandteil die Gestalt eines Ellipsoids hat und dass ein zweiter und ein dritter, jeweils Licht reflektierender Wandteil eine gemeinsame Gestalt haben, die ebenfalls einem Teil eines Ellipsoids entspricht, wie im Oberbegriff des nachfolgenden Anspruchs 1 angegeben.
Nach bevorzugten Ausführungsformen haben die ellipsoidförmigen Teile ein und dieselbe Grundgestalt.
Die vorliegende Erfindung weist die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf.
Vorgeschlagen wird auch, die Brennpunkte des ersten, Licht reflektierenden Wandteils bzw. der Spiegelfläche in oder nahe an den Wandteilen der Spiegelflächen des zweiten und des dritten Wandteils und einen Brennpunkt für den zweiten Wandteil und einen Brennpunkt für den dritten Wandteil in oder nahe an den Wandteil bzw. die Spiegelfläche des ersten Wandteils zu legen.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
VORTEILE
Die mit einem erfindungsgemäßen Gasdetektor realisierbaren Vorteile werden erreicht durch das Bereitstellen von Bedingungen zum Erzeugen eines verhältnismäßig langen optischen Analysepfads in ein und derselben Gaszelle geringer Außenabmessungen, und zwar durch Anordnen zweier einander gegenüber liegender kuppelförmiger ellipsoidförmiger konkaver Spiegelteile, von denen einer in zwei Teile unterteilt ist.
Mit einer derartigen Gaszelle lassen sich das Vorliegen und/oder die Konzentrationen der Inhaltsstoffe einer Vielzahl verschiedener Gase bzw. Gasgemische gleichzeitig unter Verwendung von zwei gleich oder ungleich langen optischen Analysepfaden in der Gaszelle zwischen einer einzelnen Lichtquelle und zwei oder mehrere Auslassöffnungen od. dergl. Einrichtungen bestimmen, die jeweils mit einem entsprechenden wellenlängenselektiven Filter und/oder einer Spektralanalyseeinrichtung versehen sind.
Alternativ lassen sich der Analysebereich und/oder die Analyseempfindlichkeit bezüglich eines und desselben Gases vergrößern bzw. erhöhen, indem man für einen ersten Analysebereich einen ersten optischen Analysepfad einer ersten Länge und für einen zweiten Analysebereich einen zweiten optischen Analysepfad einer zweiten Länge wählt.
Weiterhin sind Vorkehrungen getroffern, das Lichtbündel aus einer der mehreren Lichtquellen, das divergierende Lichtstrahlen enthält, so zu reflektieren, dass die Lichtstrahlen konvergieren, um an der bzw. den Lichtaustrittsöffnungen od. dergl. Einrichtungen bezüglich der Lichtquelle ein Abbild derselben zu erzeugen.
Die hauptsächlichen kennzeichnenden Merkmale einer Gaszelle in einem Gasdetektor sind erfindungsgemäß im Kennzeichen des folgenden Anspruchs 1 angegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun an Hand der beigefügten Zeichnungen eine derzeitige Ausführungsform eines Gasdetektors mit zugehöriger Gaszelle mit für diese bedeutsamen Eigenschaften ausführlich beschrieben.
1 ist eine erheblich vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Gassensors mit einer Gaszelle und der Elektronik zur Aus wertung der Frequenzabhängigkeit der Lichtintensität in einer Spektral- bzw. sonstigen Analyseanordnung;
2 ist eine erste Perspektivdarstellung der äußeren Gestalt der Gaszelle;
3 ist eine zweite Perspektivdarstellung der Gaszelle der 2;
4 soll die Gestalt eines ersten konkaven Wandteils (Spiegelfläche) einer gewählten Kammer zeigen;
5 soll die Gestalt eines zweiten und eines dritten konkaven Wandteils (Spiegelfläche) der gewählten Kammer zeigen, die der ersten Spiegelfläche gegenüber liegen;
6 ist eine Draufsicht durch eine Mittelebene (XZ-Ebene) mit drei gegenüber liegenden Spiegelflächen in einer Gaszelle nach 2 und 3;
7 ist ein Schnitt ähnlich der 7 mit einer Mittelebene, aber geringfügig vergrößerten, gegenüber liegenden, die Kammer bildenden Wandteilen, die Spiegelflächen in der Gaszelle bilden, und zeigt die Ausrichtung der zugehörigen Ellipsen-Mittelpunkte;
8 zeigt zur Vereinfachung in einer Mittelebene einen ersten gewählten Strahlpfad (für den Zentralstrahl) entsprechend einem optischen Analysepfad von einer Lichtquelle zu einer ersten Austrittsöffnung sowie eine mittig angeordnete Lichtquelle, die ein divergierendes Lichtbündel abgibt, wobei zwei separate optische Analysepfade (gestrichelt gezeigt) in ein und derselben Kammer und aus ein und derselben Lichtquelle anlegbar sind;
9 zeigt einen Strahlpfad (für den Zentralstrahl) an einer seitlich versetzten Lichtquelle mit anfänglicher Beleuchtung eines zweiten Spiegelteils, wobei sich ein optischer Analysepfad mit fünf Reflektionspunkten ergibt;
10 zeigt einen Strahlpfad (für den Zentralstrahl) an einer seitlich versetzten Lichtquelle ähnlich der der 9 mit anfänglicher Beleuchtung eines dritten Spiegelteils, wobei sich ein kürzerer optischer Analysepfad mit drei Reflektionspunkten ergibt; und
11 ist ein Schnitt durch die Kammer der Gaszelle in der Ebene XI-XI der 8.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VORGESCHLAGENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 zeigt erheblich vereinfacht einen Gasdetektor A mit einer Gaszelle 1 und der Elektronik 10, die zum Auswerten der Frequenzabhängigkeit der Lichtintensität in einer (ggf. Spektral-)Analyseanordnung 11 erforderlich ist.
Mit der Elektronik 10 ist die Frequenzabhängigkeit der Lichtintensität eines Lichtbündels bzw. von Lichtstrahlen auswertbar, die durch eine Auslassöffnung 6 und/oder 7 fallen. Das Ergebnis dieser Auswertung wird mit der Frequenzabhängigkeit der Lichtintensität einer eingesetzten Lichtquelle 2a verglichen sowie ansprechend auf eine festgestellte Diskrepanz das Gas oder Gasgemisch in der Kammer (Hohlraum) 2 der Gaszelle 1 analysiert und ggf. auch die Konzentration seiner Bestandteile bestimmt.
Da die einer derartigen Elektronik 10, 11 zu Grunde liegenden Prinzipien bekannt sind, wird sie hier nicht ausführlicher beschrieben.
Die Modifikationen, die an der Elektronik 10, 11 erforderlich sind, um die mit einer erfindungsgemäßen Gaszelle erhaltenen Analyseergebnisse auszuwerten, liegen innerhalb des normalen Wissens des Fachmanns.
Ein Gas oder Gasgemisch wird durch einen Schlauch- oder Rohranschluss 1a in die Kammer 2 der Gaszelle 1 geleitet und tritt durch einen Auslass-Rohr- bzw. -Schlauchanschluss 1b wieder aus.
Die Gaszelle 1 wirkt mit einer Lichtquelle 2a zusammen, die ein Bündel Lichtstrahlen in die Kammer 2 richtet. Die Gaszelle 1 weist auch Auslassöffnungen 6, 7 für zwei separate Lichtstrahlbündel – vorzugsweise für voneinander getrennte optische Analysepfade (vergl. 9 und 10) – auf.
Die von der Lichtquelle 2a abgegebenen Strahlen im Lichtbündel verlaufen stark divergierend und sollen vorbestimmt oft zwischen einander gegenüber liegenden konkaven Wandteilen reflektiert werden, die ihrerseits so behandelt worden sind, dass sie die Kammer umschließende Spiegelflächen bilden. Nach vorbestimmt häufiger Reflektion und Durchlaufen eines vorbestimmten optischen Analysepfads können die Lichtstrahlen konvergent durch eine Auslassöffnung (6 oder 7) austreten.
Dass der optische Analysepfad der Anzahl der Reflektionen direkt proportional ist, ist eine im vorliegenden Zusammenhang zulässige Näherung.
Die letzte Reflektion soll ein konvergierendes Lichtbündel ergeben, so dass die Lichtquelle 2a in der Nähe der gegenüber liegenden Spiegelflächen und in der Öffnung (6 oder 7) abbildbar und ihr Abbild dort fokussierbar ist, um das aufgenommene Frequenzspektrum genauer auszuwerten.
Die 2 und 3 sind zwei verschiedene Perspektivdarstellungen der äußeren Gestalt einer Gaszelle, die für die vorliegende Erfindung signifikante Merkmale hinsichtlich der gegenüber liegenden und Licht reflektierenden Wandteile aufweist, die behandelt wurden, um als Spiegelflächen zu wirken.
Der Gasdetektor A ermöglicht die Analyse einer in der Kammer 2 der Gaszelle 1 eingeschlossenen Gasprobe. Die Gasprobe kann durch einen Einlass 3 (1a) und einen Auslass 4 (1b) durch die Kammer geleitet werden.
Die Gaszelle 2 dieser Ausführungsform kann auch eine oder mehrere Öffnungen 1c, 1d enthalten, durch die hindurch das zu analysierende Gas bzw. Gasgemisch diffundieren kann.
Die dargestellte Gaszelle 1 hat die Gestalt eines Blocks, bei dem die Wand bzw. Wandteile der Kammer 2 auf bekannte Weise behandelt worden sind, um Wandbereiche mit für Lichtstrahlen stark reflektierenden Eigenschaften zu erhalten, wobei die Kammer 2 eine Öffnung 5 in der Gaszelle zur Aufnahme einer Lichtquelle 2a enthält, die von der Elektronik 10 angesteuert das erforderliche einfallende Lichtbündel erzeugt.
Die in die Öffnung 5 eingesetzte Lichtquelle 2 kann zur Abgabe eines Lichtbündels geeignet sein, dessen Lichtstrahlen eine Frequenz innerhalb eines relevanten Frequenzbereichs – bspw. IR-Licht – haben. Im dargestellten Fall können die Lichtrahlen mit einem Winkel von etwa 120° divergieren.
Zur Klarheit ist die Licht erzeugende Einheit bzw. Lichtquelle 2a aus den 2 und 3 fortgelassen.
Die Lichtstrahlen werden nun vorbestimmt oft zwischen einander gegenüber liegenden Spiegelbereichen reflektiert und treten danach durch eine Öffnung 6 und/oder eine Öffnung 7 aus. In diese Öffnungen ist jeweils ein wellenlängenselektives Filter, eine lichtempfindliche Einrichtung bekannter Art eingesetzt, aber aus dem erwähnten Grund in den 2 und 3 nicht enthalten.
Die durch eine Öffnung austretenden Lichtstrahlen beinhalten solche, die über die Kante einer Spiegelfläche laufen konnten, was für diese Technik typisch, hier aber nicht dargestellt ist.
Die 4 zeigt die gewählte Gestalt eines ersten, Licht reflektierenden konkaven Wandteils 11 der Kammer 2.
Die 5 zeigt die gewählte Gestalt eines zweiten und eines dritten, Licht reflektierenden konkaven Wandteils 12 bzw. 13 der Kammer 2.
Die Wandteile 11, 12 und 13 haben im Prinzip die gleiche Gestalt, d. h. die eines Ellipsoids, das durch Drehen einer Ellipse um ihre große Achse X (auch mit 11c bezeichnet) entsteht.
Ein kuppelförmiger Teil des Ellipsoids entsteht, indem man ihn in einer zur X-Achse parallelen Ebene an einem Ort zerschneidet, an der die Ebene sich im Abstand (a) von der großen Achse (X) befindet.
Die konkave Fläche im Ellipsoidteil 11 bildet die Spiegelfläche 11A mit den Brennpunkten 11a, 11b auf der X-Achse.
Wie die 5 zeigt, entstehen auf entsprechende Weise die Wandteile 12, 13 mit den konkaven Flächen, die die Spiegelflächen 12A, 13A mit den Brennpunkten 12a, 13a auf der X-Achse bilden.
Die Wandteile 12, 13 in der Kammer 2 entstehen, indem man einen Abschnitt 15 (in der ZY-Ebene) entfernt und dann die Wandteile 12, 13 in Richtung der X-Achse zusammenführt; dabei erhalten die Wandteile 12, 13 in der X-Achse eine Längsausdehnung, die geringfügig kleiner ist als die des Wandteils 11.
Diese Ausführung ist unten ausführlicher beschrieben.
In einer alternativen Ausführungsform wird in der Ebene B (ZY-Ebene) ein Schnitt 15' durchgeführt, um die Wandteile 12, 13 zu trennen.
Diese Ausführungsform ist nicht ausführlich erläutert, da sie aus der Beschreibung der ersterwähnten Ausführungsform verständlich ist.
Die 6 zeigt, wie die Wandteile 11, 12 und 13 zur Kammer 2 angeordnet sind. Wie aus dieser Figur ersichtlich, bilden einfallende Lichtstrahlen 2a aus der Lichtquelle 2a ein divergierendes Lichtbündel, das zunächst von Spiegelflächen 12A, 13A entlang eines zugehörigen Analysepfads konvergierend, da nach von Spiegelflächen 11A divergierend und schließlich von Spiegelflächen 12A, 13A reflektiert wird, und so weiter, so dass es die Kammer 2 vorbestimmt oft durchläuft und in ihr einen wohldefinierten optischen Analysepfad aufspannt, bevor es von den Wandteilen 12, 13 konvergierend reflektiert und durch eine Öffnung 6 und eine Öffnung 7 für austretende Lichtstrahlen und durch Filter od. dergl. Einrichtungen gerichtet wird, die in zugehörige Öffnungen eingesetzt sind (vergl. 9 und 10).
Erfindungsgemäß erfolgt die Licht reflektierende Funktion der Kammer 2 mit Hilfe von drei einander gegenüberliegenden konkaven, Licht reflektierenden Wandteilen 11, 12 und 13 bzw. Spiegelflächen 11A, 12A und 13A, deren Wesen und Anordnung im Folgenden an Hand der 7–10 ausführlicher beschrieben wird.
Zur Vereinfachung ist im Folgenden die Beschreibung auf eine Einlassöffnung 5 für das einfallende Lichtbündel 2a' sowie ein oder zwei Auslassöffnungen 6, 7 für ein austretendes konvergierendes Lichtbündel beschränkt; jedoch ist einzusehen, dass man mehr Einlassöffnungen und zum Zusammenwirken mit diesen eine oder mehrere Auslassöffnungen vorsehen kann.
Folglich liegt es ihm Rahmen der Erfindung, Bedingungen zu schaffen, die das Vorsehen einer Vielzahl von Einlassöffnungen 5 ermöglichen, und die Kammer 2 (an Stelle von nur zwei) mit drei, vier oder mehr Auslassöffnungen für konvergierende austretende Lichtbündel auszubilden, die sinnvoll so platzierbar sind, dass sie einen vorbestimmten optischen Analysepfad aufspannen, d. h. einen Pfad entsprechend der vorbestimmt häufigen Reflektion von Lichtstrahlen oder eines Lichtbündelteils zwischen den gegenüber liegenden konkaven Teilspiegeln 11A, 12A und 13A.
Die Maßnahmen und Einrichtungen, die erforderlich sind, um die Lichtstrahlen an jedem Brennpunkt auf der Spiegelfläche 11A aufzunehmen, liegen für den Fachmann auf der Hand; daher ist zur Vereinfachung die folgende Beschreibung auf nur zwei Auslassöffnungen 6, 7 beschränkt.
Der Erfindung liegt das Konzept zu Grunde, in einer Gaszelle 1 verhältnismäßig kleiner Außenabmessungen einen oder mehrere verhältnismäßig lange optische Analysepfade anzulegen.
Mit der in der 8 gezeigten Ausführungsform, die eine zentral angeordnete Lichtquelle 2a (in der X-Abene 13) und zwei von dieser gleich beabstandeten Auslassöffnungen 6, 7 aufweist, lassen sich zwei identische optische Analysepfade mit "symmetrischer" Anordnung der Spiegelflächen 12A, 13A erreichen. Analysepfade unterschiedlicher Länge erreicht man durch Ändern der relativen Position der Spiegelflächen 12, 13 oder auch durch Ändern des Orts nur der Lichtquelle 5 in der XZ-Ebene.
Die Bestandteile von zwei verschiedenen Gasen oder Gasgemischen lassen sich bestimmen bzw. messen, indem man zwei identische Analysepfade benutzt. Die Inhaltsstoffe der beiden Gase bzw. Gasgemische – oder alternativ zwei verschiedene Analysebereiche für ein und dasselbe Gas – lassen sich mit zwei untereinander unterschiedlichen Analysepfaden bestimmen.
Vorzugsweise stellt eine Öffnung (6) einen Ort auf einem optischen Analysepfad dar, der von dem jeder anderen Öffnung (bspw. 7) abweicht.
In einer oder mehreren der Öffnungen lässt sich ein Interferenzfilter oder eine entsprechende Einrichtung anordnen.
Erfindungsgemäß kann die Lichtquelle 2a, die in der Nähe der Öffnung 5 und/oder anderer Öffnungen für einfallende Lichtstrahlen vorgesehen ist, mittig im ersten Wandteil 11 (wie in der Ausführungsform der 8) oder seitlich (entsprechend den Ausführungsformen der 9 und 10) oder umgekehrt angeordnet sein. Dies betrifft die Anordnung in der XZ-Ebene, obgleich ersichtlich die Erfindung eine gewisse Freiheit auch in der XY-Ebene bietet, wie in 11 deutlicher gezeigt.
Erfindungsgemäß kann die Lichtquelle 2a in der Gaszelle in einer Ausnehmung 5 in der gleichen Spiegelfläche 11a angeordnet sein wie die, in der sich die Lichtaustrittsöffnungen 6, 7 befinden.
Wie wiederum die 6 und insbesondere die 7 und 8 zeigen, ist zu ersehen, dass der erste Wandteil 11 (in dieser Ebene) eine Gestalt entsprechend einem Teil eines vollständigen Rotationsellipsoids hat, dessen Brennpunkte 11a, 11b auf einer gedachten Rotationslinie 11c (X-Achse) liegen.
Der Wandteil 11 lässt sich also als gewölbt bzw. kuppelförmig mit Abmessungen betrachten, die geringfügig kleiner sind als die eines halben Ellipsoids. Mittig im Wandteil ist eine Öffnung 5 zur Aufnahme einer Lichtquelle 2a und seitlich der Öffnung 5 eine Lichtaustrittsöffnung 6 angeordnet. Die Spiegelfläche ist mit 11A bezeichnet.
Die Wandteile 12, 13 werden gebildet, indem man die Wand in einer zur Rotationsachse 11c rechtwinkligen Ebene B zu zwei Teilen 12, 13 unterteilt.
Entsprechend dem Wandteil 11 erhält man einen zweiten Wandteil 12 als Teil eines Rotationsellipsoids, der entlang der Rotationsachse geringfügig kürzer ist als eine Viertelellipse und dessen Spiegelfläche 12A im Brennpunkt 11a liegt.
Ein dritter Wandteil 13 hat dann ebenfalls eine elliptische Gestalt, ist aber geringfügig kürzer als ein Viertelellipsoid; seine Spiegelfläche 13A liegt im Brennpunkt 11b.
Die elliptische Gestalt der Wandteile 11 und der Wandteile 12, 13 ist daher im Wesentlichen identisch, aber mit den Unterschieden, die oben ausführlicher an Hand der 5 erläutert sind.
Die Brennpunkte 12a, 13a liegen in der Spiegelfläche 11A.
Der Erfindung liegt das Konzept zu Grunde, dass im Fall identischer, einander gegenüber liegender teilellipsoider Spiegelflächen die Lichtstrahlen nur rück- und vorwärts reflektiert werden und dass eine "Asymmetrie" nötig ist, damit Reflektionsbilder – und insbesondere fokussierte Bildpunkte – "wandern". Je geringer die gewählte Asymmetrie, desto geringer die Wanderneigung und damit desto größer die Anzahl der Reflektionen und desto länger die optischen Analysepfade.
Eine andere Variante ist, den ellipsoiden Teil (12, 13) in der Ebene B (Z-Ebene) zu teilen und die so gebildeten Teile 12, 13 voneinander zu trennen, so dass die Kanten 16', 17' außerhalb des Wandteils 11 liegen.
Der Strahlpfad für diese Variante ist jedoch nicht dargestellt, liegt aber für den Fachmann auf der Hand.
Die Lichtquelle 2a ist so ausgeführt, dass der vom Lichtbündel 2a' aufgespannte Winkel mindestens die beiden zweiten Wandteile 12, 13 der 8 erfasst.
Die 8 zeigt einen Lichtbündelpfad mit dem Zentralstrahl 50 des Lichtbündels 2a' von der Lichtquelle 2a auf die Spiegelfläche 12A gerichtet.
Im dargestellten Fall ist das Lichtbündel (2a') stark divergierend; zur Klarheit ist nur der auf die Spiegelfläche 12A gerichtete Zentralstrahl 50 gezeigt.
Das den Lichtstrahl 50 enthaltende Lichtbündel wird von der Spiegelfläche 12A konvergent auf die Spiegelfläche 11a reflektiert und enthält einen Lichtstrahl 51, wobei ein Brennpunkt 2a'' der Fläche 11A unmittelbar rechts von der Lichtquelle 2a liegt. Ein erster kurzer optischer Analysepfad lasst sich am Brennpunkt 2a'' erzeugen, wenn an diesen Punkt eine Öffnung angelegt wird.
Das Lichtbündel mit einem Zentralstrahl 52 wird dann divergent auf die Spiegelfläche 13A und von dort konvergent als Lichtstrahl 53 auf die Spiegelfläche 11A reflektiert, deren Brennpunkt (2a'') links von der Lichtquelle 2a liegt.
Auf diese Weise lässt dieser Fokussierpunkt (2a'') sich mit einem längeren zweiten optischen Analysepfad darstellen, wenn eine Öffnung in diesen Brennpunkt gelegt wird.
Es wird auffallen, dass die Brennpunkte (2a'', (2a'')) immer weiter von der Lichtquelle 2a entfernt liegen und dass jede Reflektion mit ihnen in Folge der Spiegelanordnung immer größer wird.
Bei einem sehr kurzen Analysepfad zum Brennpunkt 2a'' kann die Öffnung 6 unmittelbar rechts – bei einem etwas längeren Analysepfad am Brennpunkt (2a'') geringfügig links – von der Lichtquelle 2a liegen.
Die Ausführungsform der 8 zeigt jedoch einen noch längeren optischen Analysepfad insofern, als der Lichtstrahl 53 als Strahl 54 auf die Spiegelfläche 12A und von dieser als Lichtstrahl 55 auf die Spiegelfläche 11A reflektiert wird und daher mit einem angepassten optischen Analysepfad darstellbar ist.
Diese Ausführungsform wurde jedoch gewählt, um darzustellen, dass der Lichtstrahl 55 als divergierendes Lichtbündel (Zentralstrahl 56) weiter auf die Spiegelfläche 13A und von dieser als konvergierendes Lichtbündel (Zentralstrahl 57) zur Öffnung 6 reflektiert werden kann.
In dieser Hinsicht wird sich herausstellen, dass ein fokussiertes Bild der Lichtquelle 2a zu einem Brennpunkt 2a'' (2a'') aus der mittigen Lage der Lichtquelle 2a in der Spiegelfläche 11A immer weiter weg wandert und die Öffnung 6 sich immer weiter aufwärts zur Kante 17a hin legen lässt, um einen längeren optischen Analysepfad zu erreichen.
Die Öffnungen (6, 7) sind in die gebildeten Brennpunkte zu legen und eine Änderung der Anordnung der Spiegelflächen 12A, 13A ergibt geänderte Orte der gebildeten Brennpunkte und geänderte Orte der Öffnungen.
Daraus ist ersichtlich, dass, falls die Spiegelanordnung 11, 12, 13 geringfügig geändert wird, die Orte der Brennpunkte sich ebenfalls ändern, aber immer auf der Spiegelfläche 11A liegen.
Aus der Ausführungsform der 8 ergibt sich, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, eine Öffnung 6 auf die rechte oder die linke Seite der Lichtquelle 2a zu legen. Dies bedeutet, dass hinsichtlich der dargestellten Öffnung 6 eine Öffnung sich auf der linken Seite der Lichtquelle 2a (in 8 mittig gezeigt) geringfügig rechts vom dargestellten Ort befinden kann, womit der optische Analysepfad (50–53) kürzer ist, als wenn mit der Änderung die Öffnung nach links verschoben wird (wie gezeigt), um einen optischen Analysepfad (50–57) aufzuspannen.
In diesem Fall wandert also das fokussierte Abbild 2a'' der Lichtquelle 2a von einer auf die andere Seite der Lichtquelle 2a und konstant in einer Richtung von der Lichtquelle 2a weg.
In einer ersten Ausführungsform kann alles konvergierend in die Spiegelfläche 11A fokussierte Licht zur Auswertung durch die Öffnung 6 fallen. Ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt es, nur einen gegebenen Frequenzbereich durch die Öffnung 6 fallen zu lassen, indem man in sie ein optisches Filter (nicht gezeigt) einsetzt, während der Rest des Lichts merfach weiter reflektiert (58, 59) und dann durch eine andere Öffnung 7 hinaus geschickt wird, wo ein anderer Frequenzbereich ausgewertet wird. Dadurch lassen sich unterschiedliche Gase mit Hilfe einer einzigen Lichtquelle in nur einer Gaszelle analysieren.
Die 8 zeigt auch, dass der Strahlweg (die Zentralstrahlen) innerhalb des Hohlraums 2 eine stilisierte "8" bildet und die auf die Spiegelfläche 11A fokussierten Bilder sich abnehmen lassen, wo der vorbestimmte Analysepfad und der Brennpunkt auftreten. Die fokussierten Abbilder der Lichtquelle 2a nehmen zum Mittelpunkt (5) hin ab und vom Mittelpunkt weg zu.
Sind, wie in der 8 gezeigt, zwei identische optische Analysepfade erwünscht, lässt man einen Lichtstrahl 50' in der Spiegelfläche 13A reflektieren, wo der Lichtstrahl auf die gleiche Weise wie oben beschrieben reflektiert wird, während man eine an den gewählten Analysepfad angepasste Öffnung verwendet.
So lassen sich in ein und derselben nach der 8 aufgebauten Gaszelle zwei verschiedene optische Analysepfade (50, 50') wählen, die jeder die Möglichkeit identischer oder unterschiedlicher optischer Analysepfade bieten.
Es kann erwünscht sein, austretende Lichtstrahlen näher am Mittelpunkt (5) zu detektieren, um präzisere Analysewerte zu erreichen, die unabhängiger von etwaigen Bewegungen und vom Ort der Lichtquelle sind.
Die 9 und 10 zeigen alternative Strahlpfade (Zentralstrahlen) aus einer seitlich liegenden Lichtquelle 2a, so dass man unterschiedliche optische Analysepfade zwischen der Lichtquelle 2a und einer gewählten Öffnung 6 (9) bzw. 7 (10) erhält.
In dieser Hinsicht wird auffallen, dass eine weitere Öffnung 7 in einem anderen Abstand zur Lichtquelle 2a als die Öffnung 6 platziert sein kann, damit ein und dasselbe Gas oder Gasgemisch ausgewertet bzw. analysiert werden kann, und zwar in zwei verschiedenen Analysebereichen – einem Analysebereich für den optischen Analysepfad zwischen der Lichtquelle 2a und der Öffnung 6 (9) und einem Analysebereich mit kürzerem optischem Analysepfad zwischen der Lichtquelle 2a und der Öffnung 7 (10).
Im Fall der Ausführungsform gem. 9 wandert das Abbild 2a'' (ohne Öffnung 6) auswärts von der Lichtquelle 2a nach links, im Fall der Ausführungsform gem. 10 von der Lichtquelle 2a aus nach rechts. Ist der Mittelpunkt bzw. die Lichtquelle 2a passiert, wandert das Abbild 2a'' wieder auswärts.
Die 11 zeigt den Hohlraum 2 in einer YZ-Ebene und im Schnitt in der Ebene XI-XI der 8.
In den früher beschriebenen Ausführungsformen liegt die Lichtquelle (2a) in der XZ-Ebene. Jedoch zeigt diese Figur, dass, wenn die Lichtquelle links von der Ebene (2a) angeordnet ist, das erste fokussierte Abbild 2a'' rechts von der Zentralebene (XZ-Ebene) und das zweite Abbild links von der Zentralebene liegt, und so weiter; damit lassen sich die verwendeten Öffnungen bezüglich der Zentrallinie gegeneinander versetzen.
Aus Vorgehendem ist einzusehen, dass sich für ein und denselben Hohlraum (Kammer) eine oder mehrere Lichtquellen mit einer oder mehreren den Lichtquellen zugeordneten Öffnungen anwenden lassen.
Wie ersichtlich, ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen derselben beschränkt. Vielmehr lassen sie im Rahmen des erfinderischen Konzepts, wie es in den folgenden Ansprüchen Ansprüchen definiert ist, Modifikationen zu.

Claims

Gasdetektor zum Auswerten der Bestandteile einer Gasprobe in einem Hohlraum (2) oder einer Gaszelle, wobei der Gasdetektor blockförmig ist, die Wand oder Teile (11, 12, 13) der Gaszelle bzw. des Hohlraums (2) stark lichtreflektierend sind und als Spiegelfläche bzw. Spiegelflächen (11A, 12A, 13A) ausgebildet sind und der Hohlraum (2) eine erste Öffnung (5) für einfallende Lichtstrahlen (20') aufweist, die im Hohlraum (2) vorbestimmt oft reflektiert werden, um einen optischen Analysepfad aufzuspannen, bevor die von den Wandteilen so reflektierten Lichtstrahlen durch eine zweite Öffnung (6 oder 7) einen Ausgang für austretende Lichtstrahlen erreichen, und zwar mit Hilfe von drei einander gegenüberliegenden ellipsoid-konkaven, Licht reflektierenden Wandteilen, wodurch ein erster der Licht reflektierenden Wandteile (11) die Gestalt eines Teils von etwas weniger als einem halben Ellipsoid hat und ein zweiter (12) und ein dritter (13) der Licht reflektierenden Wandteile gemeinsam eine Teilellipsoidgestalt von etwas weniger als einem halben Ellipsoid freilegen, wobei der erste Wandteil (11) und der zweite Wandteil (12) und der dritte Wandteil (13) aneinandergrenzend angeordnet sind und der zweite und der dritte Wandteil (12, 13) durch geeignetes Teilen eines halben Ellipsoids erhalten werden; dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wandteile (11, 12, 13) so angeordnet sind, dass ein Brennpunkt (12a) für den zweiten Wandteil (12) und ein Brennpunkt (13a) für den dritten Wandteil (13) auf oder nahe der Spiegelfläche (11A) des ersten Wandteils (11) und angrenzend an den Ausgang und seine Öffnung (6, 7) liegen.
Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Wandteil (12, 13) jeweils aus einem Teil einer geteilten Hälfte eines Ellipsoids gebildet sind, wobei ein abgeteilter Abschnitt vom ellipsoiden Teil entfernt und der zweite und der dritte Wandteil durch Zueinanderbewegen der abgeteilten Teile gebildet sind.
Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilungsschnitt so gelegt ist, dass er den zweiten vom dritten Wandteil trennt, und dass der zweite und der dritte Wandteil voneinander entfernt sind.
Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (2) zwei oder mehr Öffnungen (6, 7) für austretende Lichtstrahlen enthält und die Öffnungen (6, 7) jeweils so angeordnet sind, dass sie einen vorbestimmten optischen Analysepfad aufspannen.
Gasdetektor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Öffnung, die angeordnet ist, einen optischen Analysepfad aufzuspannen, der von den von den anderen Öffnungen aufgespannten Analysepfaden abweicht.
Gasdetektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehr Öffnungen mit wellenlängenselektiven Filtern wie bspw. Interferenzfiltern versehen sind.
Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Licht reflektierende konkave Wandteil aus einem kuppelartigen Teil eines Ellipsoids besteht und ein erster (11) der Wandteile den beiden anderen Wandteilen (12, 13) gegenüber angeordnet ist.
Gasdetektor nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und/oder eine Öffnung (5) für einfallende Lichtstrahlen im ersten Wandteil (11) liegt.
Gasdetektor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Öffnungen (6, 7) für austretende Lichtstrahlen im ersten Wandteil Öffnungen (6, 7).
Gasdetektor nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle Licht mit einem Winkel abstrahlen kann, der die beiden Wandteile (12, 13) einschließt.
Gasdetektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wandteile (12, 13) bewirken, dass zwei koordinierte Lichtbündel zwischen gegenüberliegenden Wandteilen reflektiert werden.
Gasdetektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man Lichtstrahlen aus einem ersten Lichtbündel durch eine erste Öffnung und Lichtstrahlen aus einem zweiten Lichtbündel durch eine zweite Öffnung austreten lässt.
Gasdetektor nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lichtquelle abgegebenen divergierenden Lichtstrahlen mittels der Reflexionen zu einem Abbild der Lichtquelle an zugehörigen Lichtstrahl-Austrittsöffnungen (6, 7) konvergierend geführt werden.
Gasdetektor nach Anspruch 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandteil (11) eine Gestalt hat, die im wesentlichen einem Teil eines Ellipsoids entspricht, aber etwas kleiner als ein halber Ellipsoid ist, und dass der erste und der zweite Wandteil (12, 13) jeweils eine Gestalt im Wesentlichen gleich einem Viertel eines Ellipsoids oder etwas weniger als ein solches aufweist.
Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen für austretende Lichtstrahlen (6. 7) und/oder die für einfallende Lichtstrahlen (5) auf einer einzigen Seite einer Zentralebene liegen.
Gasdetektor nach Anspruch 1 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Öffnungen für einfallende Lichtstrahlen seitlich nebeneinander liegen.